45 minut určování, v případě většího počtu vzorků dřeva i 90 minut, ideální činnost pro individuální práci nebo pro malé skupiny

Transkript

1 Archeologie starého dřeva a spálenišť Shrnutí Tato úloha je zaměřena na zkoumání dřeva a uhlíků z archeologických nalezišť nebo starého dřeva, případně spáleného dřeva obecně. Jelikož se žáci běžně se spáleným nebo nespáleným dřevem z archeologických nalezišť nesetkávají, lze originální materiál ze skutečných pravěkých ohnišť nahradit jakýmkoliv pozůstatkem táborového ohně kdekoliv za městem nebo na zahrádce, starým milířem v lese nebo odpadem z truhlářské dílny. Vhodnými objekty studia mohou být dřevěné předměty lidové kultury, staré rámy obrazů a podobně. Studenti se naučí pomocí mikroskopu určit druh dřeva, ze kterého byl předmět vyroben nebo si určí, jaké druhy dřev byly páleny na dávno vyhaslých ohništích. Cílová skupina Střední škola, vyšší ročník základní školy Časová náročnost 45 minut určování, v případě většího počtu vzorků dřeva i 90 minut, ideální činnost pro individuální práci nebo pro malé skupiny Prostorové požadavky Výlet do lesa či na jiný vhodný pozemek, návštěva staré chalupy, základní činnost v biologické laboratoři na úrovni dobře vybavené střední školy 1 Klíčové otázky Co se stane se dřevem, pokud je vyřazeno a odloženo z lidské kultury? Jak dlouho dřevo vydrží a jak se dostává na archeologická naleziště? Co je to xylotomie a antrakologie? Jak vypadají základní anatomické struktury dřeva a jak se dají mikroskopovat? Přichází dřevo spálením o mikroskopické anatomické detaily? Získané dovednosti a znalosti Studenti si uvědomí vztah mezi dřevem jako základním materiálem a jeho využíváním v archeologické minulosti Studenti se naučí chápat rozdíl ve struktuře nespáleného a spáleného dřeva Studenti se naučí vnímat rozdíl mezi dřevem a uhlíky jehličnatých a listnatých dřevin Studenti se naučí základům určování několika běžných druhů dřev

2 Návaznost na RVP Gymnázia 5.3 Člověk a příroda Biologie - Biologie rostlin: Popíše vybrané taxony z hlediska botaniky, etnobotaniky a historie. Poukáže na rozmanitost používaných druhů dřev dnes a v minulosti Geografie - Životní prostředí: Ukáže význam archeobotanických analýz při rekonstrukci historické krajiny a života jejích obyvatel Člověk a společnost Dějepis Pravěk, středověk, novověk: Charakteristika sociálních, kulturních a ekonomických poměrů na pravěkém sídlišti, ve středověké a novověké vsi. Využívání dřeva jako suroviny a její používání k výrobě dřevěných předmětů. Kulturně podmíněné využívání přírodních zdrojů dřeva. Materiál A. Mikroskop s pozorováním v odraženém světle (zvětšení x) nebo (B.) stereomikroskop s předsádkou (zvětšení do 60 x nebo 80x) Podložní mikroskopovací sklíčka, plastelína Pinzety, technická žiletka Dřevo a uhlíky k rozboru: A. nasbírané studenty nebo, B. dodané autorem úlohy (originální, ale zbytné fragmenty dřeva a uhlíků 2 Milimetrový papír, lupa USB lampička k notebooku nebo podobné bodové světlo Čistý papír a obyčejnou tužku na kreslení protokolu Určovací klíč máme k dispozici zdarma na internetu Podrobné pokyny Nejprve získáme dřevo a uhlíky, které budeme pod mikroskopem pozorovat. To můžeme získat řadou způsobů. Buď si je nasbíráme sami (A) tak, že sebereme v lese nebo pod skalním převisem ze starého ohniště nebo milíře fragmenty spáleného dřeva nebo uhlíků a také nespálených částí téhož dřeva, pokud to jde. Sebrat můžeme také staré vzorky dřev ze stropů chalupy, starého dřevěného nádobí, starého topůrka sekery. Nebereme exotické dřevo z jiných oblastí světa, protože jeho určení není snadné a jsou na to nutné speciální atlasy a klíče. Velkou výhodou je mikroskopovat dřevo (a případně i toto dřevo spálit a pozorovat uhlíky), které jsme také zhruba určili druhově nebo alespoň rodově, když jsme si odlomili kousek dřeva ze stromu, který dobře známe (například smrk, borovice, dub, olše, buk).

3 2. Než začneme mikroskopovat, uvědomíme si, jaké pozorovací roviny na dřevu bývají a to včetně malých větví. Nejprve si uvědomíme orientaci pozorovacích rovin na dřeva. Pro uhlíky platí samozřejmě totéž. Obrázek pozorovacích rovin. Příčná rovina (kolmá na letokruhy dřeva) se odborně nazývá transverzální (transversal section). Student bude pozorovat jen rovinu příčnou a rovinu podélnou (radial section). Rovinu tečnovitou (tangential section) zatím pozorovat nemusíme. Ta je sice důležitá pro přesné taxonomické určení, ale k jejímu detailnímu pozorování nebudeme mít pravděpodobně dostatečnou techniku Nyní si musíme si vytvořit preparátky, které budeme v odraženém světle pod mikroskopem pozorovat. Co je to odražené světlo, jak nahradit dokonalé profesionální mikroskopy v polních podmínkách středních nebo i základních škol, si vysvětlíme později. Fragmenty dřev mohou být docela malé, například 2 x 2 cm. U uhlíků je tento výběr snadnější, stačí vybrat pár fragmentů, které nás zajímají. Dobré je zhotovení dvojice preparátů z jednoho kusu dřeva-uhlíku z ohniště, z nich jeden je nespálený a druhý spálený. Pozorujeme zásadně lom uhlíku nebo dřeva, preparátek neřežeme! Řez jakkoliv ostrým nožem, žiletkou nebo skalpelem vytvoří na pozorovací rovině nečistoty, které nám brání vidět čisté mikroanatomické struktury. Uhlík, ale i staré dřevo zásadně lámeme pomocí šikovných prstů nebo tvrdé žiletky, například té modelářské od firmy Solingen. 4. Preparátky je snadnější dělat nejprve s uhlíky. Pokusíme se uhlík zlomit v prstech tak, aby se vytvořil čistý lom s příčnou rovinou. Uhlík je nutné správně zorientovat podle obrázku nahoře. Plastelínu budeme používat dvojím způsobem. Jednak si ji dáme trochu na pevnou podložku, abychom mohli vyrobit podélnou rovinu (lom) a to za pomocí tvrdé žiletky. Uhlík si sadíme na plastelínu, lupou si najdeme průběh letokruhů. Žiletku uchopíme palci a ukazováčky, mírně ji prohneme a mírným tlakem seshora na zamýšlenou podélnou rovinu odloupneme nebo necháme prasknout tak, že nám odletí fragment, který má vytvořenou podélnou pozorovací rovinu. Stačí jen např. 1 x 1 cm. Budeme mít nyní fragmenty dva, ten s vytvořenou příčnou rovinou vlastně rozdělíme

4 v podélné ose na fragmenty dva. 5. Podobně budeme postupovat v případě nespáleného, nebo jen mírně spáleného vzorku. Profesionální postup je takový, že nespálené dřevo je třeba dlouho namáčet v glycerínu a řezat na speciálních mikrotomech podobně jako jiné biologické preparáty. Na to však většinou nemáme vybavení (pokud ano, pak jen dobře). Budeme se tedy snažit fragment dřeva zlomit tak, aby vznikla alespoň trochu přijatelná příčná pozorovací rovina. Vhodné je k tomu staré, mírně ztrouchnivělé dřevo, které praskne napříč již při mírném tlaku. Podélný lom pak vytvoříme stejně jako u uhlíku. Pevnější dřevo je možné zlomit pomocí plochých kleští, ale to chce cvik. 6. Následuje druhý způsob použití plastelíny. Tu dáme v objemu asi ½ cm 2 na podložní mikroskopovací sklíčko. Na něj umístíme fragment uhlíku nebo dřeva tak, aby pozorovací rovina na fragmentu (buď příčná, podélná a pro pokročilejší třeba i tangenciální rovina - lom) byla ve vodorovné pozici. 4 Mikroskopovací podložní sklíčko se vzorkem uhlíku. Plastelína drží fragment dřeva nebo uhlíku na místě. Důležité, zvláště pro zaostřování mikroskopu, je mít pozorovací rovinu vodorovnou, získanou čistým lomem, nikoliv řezáním. Příčné řezy nespáleným pevným dřevem, je téměř nemožné získat, podélnou pozorovací rovinu však vytvoříme celkem snadno. Pro začátečníka je lepší začít pozorovat právě uhlíky, protože se snadno lámou v příčné rovině, která nevyžaduje pro pozorování velké zvětšení. 7. Příprava a použití mikroskopu závisí na typu, který máme k dispozici. Stereomikroskopy (binolupy) mají malé zvětšení, které dostačuje pouze na pozorování příčného lomu (zvětšení cca 40x řada stereomikroskopů má zoom). Na pozorování mikrostruktury dřeva jsou nejvhodnější velké badatelské mikroskopy, vybavené speciálním světlem, procházejícím skrz objektiv, které na vzorek dopadá shora. Takový mikroskop střední školy, natož základní, k dispozici jednoduše nemají. Je ale možné připravit si v polních podmínkách starší školní mikroskop, který sice pro přesné taxonomické

5 nebude dostačovat, ale který nám umožní pozorování některých zajímavých struktur. 8. Nejprve musíme zajistit, aby nám na světlo dopadalo na pozorovací rovinu šikmo shora. A opět, může využít speciální osvětlovací zařízení, které zajistí, že světlo dopadá bodově na vzorek, to však střední školy ve své výbavě obvykle nemají. Náhradou může být výkonnější USB lampička k notebooku. Hlavním nástrojem pozorování může tedy být i obyčejný školní mikroskop, který může zajistit pozorovaní za použití objektivu (5x) násobného zvětšení (se standardními okuláry 10x jde o padesátinásobné zvětšení), využít můžeme i další běžný objektiv (10x) s účinným stonásobným zvětšením. Padesátinásobné a stonásobné zvětšení a šikmo dopadající světlo nám zajistí základní možnosti pozorování některých důležitých anatomických struktur u dřeva a uhlíků. 5 Školní mikroskop Olympus CX31 nám zajistí vhodné pozorování vzorků dřeva a spáleného dřeva (uhlíků). Pozorovací sklíčka s preparátem vkládáme na černý posuvný stolek. Začínáme s pozorováním pomocí nejmenšího zvětšení s tím, že pozorovací rovinu na vzorku osvětlíme vhodným bodovým světlem, například jednoduchou bodovou lampičkou k notebooku. 9. Máme připravený mikroskop, několik vzorků a zapnuté šikmé světlo, dopadající co nejvíce shora na plošku vzorku. Pak už jen ostříme a pozorujeme. Ostření je snadnější u padesátinásobného zvětšení, u stonásobného zvětšení je díky malé hloubce ostrosti ostření více obtížné. Chce to vyzkoušet. Nevzdávejte to hned, ale zkoušejte to chvíli! V následujících krocích půjdeme k jádru naší úlohy. 10. Je to překvapivé, ale dřevo po vyhoření (které je málokdy stoprocentní) zachovává dokonale

6 anatomickou strukturu dřeva nespáleného. Některé anatomické detaily jsou sice pozměněné (zborcené), ale to nám nebrání konstatovat, že uhlíky a nespálené dřevo jsou si možná z 90% podobné. 11. Nejprve zjistíme, zda máme pod mikroskopem dřevo jehličnatého stromu nebo stromu listnatého. Je to celkem snadné. Jehličnany jsou evolučně starší organismy a jejich anatomická struktura je jednodušší a primitivnější. Jak jednoduché je poznat jehličnan, je o to složitější rozeznat, o jaký jehličnan se jedná. Jsou si velmi podobné! Jak tedy rozeznat jehličnaté dřevo od listnatého? Na příčném lomu listnatého dřeva nalezneme vždy kruhové otvory pravých cév (jak říkají lesníci, jde o dřevo pórovité ), které se většinou vytváří v jarní části letokruhu nebo v jarní i letní části a to pravidelně nebo nepravidelně. Hlavním úlohou cév je vést mízu s výživnými látkami do periferních částí stromu. Dřevo jehličnatých stromů pravé cévy (póry) nemá. Vede také výživné látky, ale dělá to poněkud jiným způsobem. Buď vede tělní tekutiny cévicemi, nebo si vytváří pryskyřičné kanálky. A to se na příčném lomu velmi dobře pozná. Zjednodušeně platí, že pokud nemá dřevo pod mikroskopem pravé cévy, jedná se o jehličnan. V našich podmínkách to může být borovice (Pinus), smrk (Picea) nebo jedle (Abies), případně tis (Taxus). 10. Pokud tedy určíme jehličnaté dřevo, budeme se ptát, jak se výše zmíněné druhy od sebe odlišují. Na příčném profilu budeme pod mikroskopem hledat, zda se v jinak čistě pravidelné struktuře cévic vyskytují pryskyřičné kanálky. Pokud ano, jedná se o borovici nebo smrk, pokud ne, jde o jedli. Víc to komplikovat nebudeme. K anatomické struktuře a vědeckému názvosloví viz náš MINIATLAS nebo klíč na Pohled do mikroskopu na příčnou pozorovací rovinu odhalí většinou jasně čitelné letokruhy. Na začátku nového letokruhu se nachází u řady důležitých dřevin paralelní řada silných cév. Pokud jsme zjistili, že dřevo nebo uhlík na příčném profilu má tyto cévy, jde o dřevo listnatého stromu. Jsou různě uspořádané. Dub (Quercus) má zpočátku silné a mohutné cévy, které se později, v přechodu z jarního do letního dřeva, plaménkovitě vytrácí. Další důležitá listnatá dřevina buk (Fagus sylvatica), má naopak cévy velmi malé, které však vytváří charakteristické kazety. Obě dřeviny jsou vyobrazeny v MINIATLASu Rozeznali jsme, že dřevo nebo uhlík pochází z jehličnatého druhu. Jak od sebe rozeznáme základní jehličnaté druhy? Podíváme se na podélnou pozorovací rovinu. To získáme, jak už bylo řečeno, oddělením (ne řezáním!), přesněji odloupnutím žiletkou tak, že napůl shora rozdělíme tlakem žiletkou uhlík na plastelíně kolmo na letokruhy. Pod mikroskopem použijeme větší zvětšení (100x), tj. revolverovým posunem změníme objektiv z pětky na desítku. Musíme ale chvíli ostřit, abychom anatomické struktury viděli. Za těchto podmínek dobře odlišíme borovici. Uvidíme dřeňové paprsky, které mají charakteristické kruhové kazety (u nás v laboratoři jim říkáme volejbalová síť). Pokud tuto strukturu nenajdeme, jedná se o smrk nebo jedli. Pak se znovu podíváme na příčnou rovinu. Pokud nenajdeme pryskyřičné kanálky, jedná se o jedli (Abies), pokud najdeme pryskyřičné kanálky, jedná se o smrk (Picea). TIP: pokud si nejsme jistí, vezmeme kousek dřeva ze známého stromu a porovnáváme.

7 Tato úloha nás naučí rozeznávat listnáče a jehličnany. Podle anatomického atlasu se naučíme i další druhy dřeva, zejména listnáče. Pokud je nepoznáme, pokusíme se pozorovanou strukturu tužkou nakreslit, naskenujeme a pošleme do Laboratoře archeobotaniky a paleoekologie. Podle šikovného nákresu vám sdělíme, co je to za dřevo a jak pozorovat dále. Vždyť je dobrodružství podle malého zlomečku dřeva určit, z jaké stromu dřevo bylo. Pokud takto určíme několik hlavních uhlíků z ohniště, budeme jako kriminalisté z Kriminálky v Miami vědět, čím si trempové na svém ohništi topili nebo z jaké dřeva je postavena chalupa. A to není málo! Možné modifikace úlohy: První modifikací je možnost, že si vyžádáte v Laboratoři archeobotaniky a paleoekologie (lape.prf.jcu.cz) ORIGINÁLNÍ archeologický materiál, který jsme analyzovali a který už není jinak k potřebě. Rádi vám takový přebytek poskytneme. Z archeologických nalezišť někdy získáváme kilogramy takového materiálu, který po vědeckém zpracování není dále k potřebě. Podíváte se tak na dřevo, kteří měli v rukou skuteční pravěcí nebo středověcí lidé. Druhou modifikací je možnost dalšího hlubšího studia. Jde například o rozeznávání většího množství listnatých dřevin. Při této alternativě je však nutná vaše domluvená návštěva v naší laboratoři. Třetí modifikací je vytvoření jednoduché školní sbírky takto naurčovaných dřevin. Kdykoliv je můžete dát pod mikroskop a znovu pozorovat, třeba i lepším mikroskopem, kterou vám vaše škola z nějakého grantu koupí. Dřevo si můžeme také nasbírat v přírodě (vždy ze stromů, které jsme spolehlivě určili), pak je spálit a mít tak vzorky nespáleného a spáleného dřeva. Dřevo a uhlíky vytvářejí krásné anatomické struktury. Jejich pozorování stojí to za to. 7 Použitá literatura Beneš, J. 2008: Archeologie rostlin The Archaeology of plants, in: J. Beneš - P. Pokorný (eds.) Bioarcheologie v České republice - Bioarchaeology in the Czech Republic, Beneš, J. 2008: Antrakologické analýzy v archeologii a paleoekologii Anthracological analysis in archeology and palaeoecology, Archeologické rozhledy 60, (možno stáhnout na _Anthracological_analyses_in_archaeology_and_paleoecology) Schweingruber, F. H. 1978: Microscopic wood anatomy. Birmensdorf. Autorství a kontakt na autora Jaromír Beneš, Laboratoř archeobotaniky a paleoekologie, Přírodovědecká fakulta, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, benes@prf.jcu.cz